管理
控制
输 I/ 显 诊 通 译 刀
O
具
处
补
入 理示断 讯码偿
速 插位
度
置
处
控
理 补制
CNC装置软件任务分解
输入
显示
位控
诊断
I/O
译码
插补
刀补
速度处理
位控
软件任务的并行处理
13
（2）并行处理
并行处理： 是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以 上性质相同或不相同的工作。并行处理的优点是提高了运行速度。
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2、 CNC装置的体系结构
CNC装置的体系结构分为：单微处理机和多微处理 机系统，中 高档的CNC装置以多微处理机结构为多。 ■ 单微处理机结构:见下图 ■ 多微处理机CNC装置的结构：分为紧耦合和松耦 合 紧耦合主要指共享总线、共享存储器； 松耦合主要有分布式结构
并行处理的分类：
V
“资源重叠的流水处理”和“资S 源分时共享” 资源共享：
根据“分时共享”的原则，使多个用户按时间顺序使用同一套设备。 时间重叠：
根据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用 同一套设备的几个部分。
14
1）资源分时共享并行处理（对单一资源的系 统）
➢ 在单CPU结构的CNC系统中，可采用“资源分时 共享”并行处理技术。
3）硬件故障中断 种硬件故障检测装置发出的中断。
4）程序性中断 程序中出现的异常情况的报警中断。
（2）CNC系统中断结构模式
1）前后台软件结构中的中断模式 2）中断型软件结构中的中断模式
初始化 背景程序
实施中断 程序
20
三、 CNC系统的硬件构成
21
1、 CNC系统的外部硬件构成
从CNC系统的外部硬件构成上看，一般可以分 为键盘、显示器、主机单元、控制单元和功率模块 几个部分。
状态。
6
零件加 工程序
输入
译码
M、S、T 等辅助信息
PLC
G、F等几何、 工艺信息
预处理
机床电气
插补运算
伺服控制 电机
检测 反馈
7
1）基本功能
➢控制功能 ➢G功能 ➢插补功能 ➢主轴功能 ➢M功能 ➢刀具功能 ➢补偿功能 ➢显示功能
CNC系统的功能
8
2）先进功能
➢模拟加工功能 ➢监测和诊断功能 ➢动力刀具和C轴功能 ➢虚拟轴功能 ➢DXF图形文件支持功能 ➢循环加工功能 ➢测量检验功能 ➢自适应控制功能
9
二、 CNC装置的软件结构
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1、 软件结构特点
1. CNC装置软件硬件的界面
纸 带
第一种 硬件
输
插补
入
准备
软件
插
位
补
控
硬件
纸
输
插补
插
位
速
电
带
入
准备
补
控
控
机
测量
第二种 硬件 第三种 硬件
软件 软件
硬件
硬件
三种典型的软硬件界面关系
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2. 系统软件的内容及结构类型
系统软件的组成：（管理和控制）
系统控制软件
录放
管理软件 控制软件
输
输显
诊译
补速插
位
入
出示
断码
偿度补
控
程
程程
程程
计控程
程
序
序序
序序
算制序
序
图4.1 CNC软件的构成
4
3、简要工作过程：
1）输入： 输入内容——零件程序、控制参数和补偿数据。 输入方式——穿孔纸带阅读输入、磁盘输入、光盘输
入、手健盘输入，通讯接口输入及连接上级计算机的 DNC接口输入 2）译码：以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解 释、翻译成计算机能够识别的数据形式，并以一定的 数据格式存放在指定的内存专用区内。 3）数据处理：包括刀具补偿，速度计算以及辅助功能的 处理等。
2
CNC装置的组成和工作原理
数控加工程序
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
被控设备
接
口
机床 机器人
测量机
......
CNC系统平台
3
1. 硬件结构: CPU，存储器，总线、外设等。
2. 软件结构：是一种用于零件加工的、实时控制的、特殊的（或称
专用的）计算机操作系统。
初始化
编辑
存储
系统
程序管理
5
4）插补：插补的任务是通过插补计算程序在一条曲 线的已知起点和终点之 间进行“数据点的密化工作”。
5）位置控制：在每个采样周期内，将插补计算出的 理论位置与实际反馈位 置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。
6）PLC处理：处理CNC装置与机床之间的信息。 7）显示：零件程序、参数、刀具位置、机床状态等。 8）诊断：检查一切不正常的程序、操作和其他错误
中断级别高
插补
输入
准备
键盘
中断级别低
资源（CPU）分时共享图
16
➢ 资源分时共享技术的特征
✓ 在任何一个时刻只有一个任务占用CPU； ✓ 在一个时间片（如8ms或16ms）内，CPU并行地执行
V
了两个或两个以上的任S 务。
因此，资源分时共享的并行处理只具有宏观上的意 义，即从微
观上来看，各个任务还是逐一执行的。
17
➢ 流水处理技术的涵义
流水处理技术是利用重复的资源（CPU），将一个大 的任务分成若干个子任务(V 任务的分法与资源重复的多
S
少有关)，这些小任务是彼此关系的，然后按一定的顺 序安排每个资源执行一个任务，就象在一条生产线上分 不同工序加工零件的流水作业一样。
18
空 间
空
输输输
间
出出出
输
输
出
出V
S
CPU1 1 2 3 1 2 3
t
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2t
时间
CPU3
333
CPU2
222
CPU1 1 1 1
t t+△t 时间
顺序处理
并行处理
流水处理技术示意图
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4. 实时中断处理
（1）CNC系统的中断类型
1）外部中断：纸带光电阅读机中断，外部监控中断和键盘操作面板输入
中断。 V
2）内部定时中断：插补周期定时S 中断和位置采样定时中断。
计算机数控系统
1
一、 CNC系统的组成
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位 置（轨迹）、速度（还包括电流）控制系统， 其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量、 速度为控制对象并使其协调运动的自动控制系 统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系 统。
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用 硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组 成的。
管理部分：输入、I/O处理、通讯、显示、诊断以及加工程序的编制管理
等程序。
V
S
控制部分：译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制等软件。
管理方式：
单微处理机数控系统：前后台型和中断型的软件结构。 多微处理机数控系统：将微处理机作为一个功能单元
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3. 多任务并行处理
（1）CNC装置的多任务性
CNC装置
➢ 资源分时共享——在规定的时间长度（时间片） V 内，根据各任务实S 时性的要求，规定它们占用 CPU的时间，使它们分时共享系统的资源。
➢ “资源分时共享”的技术关键： 其一：各任务的优先级分配问题。
其二：各任务占用CPU的时间长度，即
时间片的分配问题。 15
初始化
显示
诊断
I/O V 处理 S
插补 位控